GPS基本原理課件

GNSS基本原理南方測(cè)繪GPS產(chǎn)品中心目錄

一.

GNSS定位系統(tǒng)的概述二.GNSS定位的基本原理三.RTK測(cè)量介紹四.GPS在測(cè)量中的應(yīng)用1.概述：GNSS是GlobalNavigationSatelliteSystem的縮寫(xiě)。中文譯名應(yīng)為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。目前，GNSS包含了美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo系統(tǒng)、中國(guó)的Compass(北斗)，全部建成后其可用的衛(wèi)星數(shù)目達(dá)到100顆以上。

GNSS定位系統(tǒng)的概述系統(tǒng)特征GPSGLONASSCOMPASS載波頻率GHz1.23,1.581.61,1.252491.75衛(wèi)星高度km202001910021500衛(wèi)星數(shù)21+321+330+5各衛(wèi)星系統(tǒng)的特點(diǎn)2.系統(tǒng)組成（以GPS為例）：

由空間部分、地面部分和用戶(hù)部分等組成系統(tǒng)組成地面部分主控站：1個(gè)監(jiān)測(cè)站：5個(gè)注入站：3個(gè)通訊與輔助系統(tǒng)系統(tǒng)組成(以GPS為例）主控站管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作編算廣播星歷－軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)等調(diào)整衛(wèi)星狀態(tài)調(diào)度衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤觀測(cè)記錄氣象數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)傳送到主控站注入站向衛(wèi)星注入導(dǎo)航電文和指令等通訊與輔助系統(tǒng)系統(tǒng)組成用戶(hù)部分：GPS信號(hào)接收機(jī)系統(tǒng)組成天線前置放大器電源部分射電部分微處理器數(shù)據(jù)存器顯示控制器供電信號(hào)信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)組成

GPS衛(wèi)星信號(hào)的組成部分載波（Carrier）L1L2L5測(cè)距碼（RangingCode）C/A碼（目前只被調(diào)制在L1上）P(Y)碼（被分別調(diào)制在L1和L2上）衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文（Message）GPS衛(wèi)星信號(hào)的生成關(guān)鍵設(shè)備–原子鐘1.按接收機(jī)工作方式原理分類(lèi)：碼相關(guān)類(lèi)型：采用碼相關(guān)技術(shù)獲得偽距觀測(cè)量，P碼，C/A碼；平方型：利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號(hào)獲取載波信號(hào)的，并通過(guò)接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號(hào)與接收到的載波信號(hào)之間的相位差測(cè)定偽距。這類(lèi)接收機(jī)無(wú)需知道測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)，所以又稱(chēng)為無(wú)碼接收機(jī)；混合型：綜合以上兩類(lèi)接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，既可獲取碼相位偽距觀測(cè)量，又可測(cè)定載波相位觀測(cè)量，目前常用的接收機(jī)均屬于此類(lèi)型。目前接收機(jī)接收的信號(hào)分類(lèi)2.按接收機(jī)接收的載波頻率分類(lèi)單頻接收機(jī)：只能接收L1載波信號(hào)，不能有效消除電離層延遲影響，適用于短基線（<15km）精密定位；雙頻接收機(jī)：可以同時(shí)接收L1,L2兩個(gè)載波信號(hào)，能消除電離層影響，可以用于長(zhǎng)基線（幾千公里）的精密定位類(lèi)型L1載波L2載波P碼C/A碼波長(zhǎng)（cm）1924293002930GPS定位方式——空間距離后方交會(huì)GPS定位的基本原理GPS定位的基本原理測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶(hù)接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶(hù)到衛(wèi)星的距離則通過(guò)記錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶(hù)所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶(hù)與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距。（偽距測(cè)量誤差大概在20米左右）當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡(jiǎn)稱(chēng)偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y）碼。

導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。

載波相位應(yīng)被稱(chēng)為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻移影響的衛(wèi)星信號(hào)載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號(hào)相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時(shí)刻量測(cè)，保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開(kāi)始觀測(cè)時(shí)的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測(cè)值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對(duì)定位、并有一段連續(xù)觀測(cè)值時(shí)才能使用相位觀測(cè)值，而要達(dá)到優(yōu)于米級(jí)的定位精度也只能采用相位觀測(cè)值。

按定位方式，GPS定位分為單點(diǎn)定位和相對(duì)定位（差分定位）。

單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測(cè)量，可用于車(chē)船等的概略導(dǎo)航定位。

相對(duì)定位（差分定位）是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置的方法，它既可采用偽距觀測(cè)量也可采用相位觀測(cè)量，同時(shí)還可以解算出整周模糊度。大地測(cè)量或工程測(cè)量均應(yīng)采用相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位。

在GPS觀測(cè)量中包含了衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計(jì)算時(shí)還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機(jī)可以根據(jù)兩個(gè)頻率的觀測(cè)量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，能夠大大提升定位精度。PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去接收機(jī)時(shí)鐘的誤差可以解算出整周模糊度可以消去軌道（星歷）誤差的影響可以削弱大氣折射對(duì)觀測(cè)值的影響

RTK工作原理圖解

（RealTimeKinematic）

為什么要向您推薦GPSGPS測(cè)量與經(jīng)典測(cè)量方法的對(duì)比：不需要相互通視觀測(cè)作業(yè)不受天氣條件的影響網(wǎng)的質(zhì)量與點(diǎn)位的分布情況無(wú)關(guān)能達(dá)到大地測(cè)量所需要的精度水平白天和夜間均可作業(yè)經(jīng)濟(jì)效益顯著1.近、現(xiàn)代的常規(guī)（地面）定位方法采用的儀器設(shè)備尺：銦鋼尺光學(xué)儀器：經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀激光和紅外儀器：測(cè)距儀綜合多種技術(shù)的儀器：全站儀無(wú)線電、微波儀器：Loran-C，雷達(dá)觀測(cè)方法角度或方向觀測(cè)距離觀測(cè)距離差觀測(cè)為什么要向您推薦GPS？2.常規(guī)（地面）定位方法的局限性觀測(cè)點(diǎn)之間需要保證通視需要事先布設(shè)大量的地面控制點(diǎn)/地面站無(wú)法同時(shí)精確確定點(diǎn)的三維坐標(biāo)平面、高程控制網(wǎng)破壞嚴(yán)重、很多點(diǎn)位難以尋找觀測(cè)受氣候、環(huán)境條件限制控制網(wǎng)存在誤差積累、精度不高控制網(wǎng)點(diǎn)位分布不均勻平面點(diǎn)多在山頂并遠(yuǎn)離測(cè)區(qū)平面與高程控制分離、沒(méi)有統(tǒng)一的控制系統(tǒng)為什么要向您推薦GPS？南方公司GPS產(chǎn)品系列靜態(tài)機(jī)：S66RTK：S86系列:S86T、S86S82系列:S82V、S82T、S82N、S82E參考站：S3、S5、S8+手持：S730、S740、S740W、S750、S750G2、S760水上產(chǎn)品：9300+、S35、S81、GPS羅經(jīng)V111、SDE-28S、SDE-28D、SDE-18+軟件：工程之星、電力之星、測(cè)圖之星RTK在測(cè)量中的應(yīng)用1、布設(shè)控制網(wǎng)2、線路勘測(cè)3、定點(diǎn)定位跟上時(shí)代步伐，享受GPS休閑測(cè)量

還不如這樣測(cè)呢

?。?！找控制點(diǎn)？？？靜態(tài)測(cè)量加密控制點(diǎn)已知點(diǎn)A已知點(diǎn)B

GPS網(wǎng)的精度指標(biāo)，通常以網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間的距離誤差來(lái)表示的，其具體形式如下：=±a2